[发明专利]高速插齿机主运动惯性力自动全平衡设计方法

权利要求书

1.高速插齿机主运动惯性力自动全平衡设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：通过对对心正置曲柄滑块机构进行动力学分析，建立对心正置曲柄滑块机构滑块的位移S、速度V和加速度α₃的数学模型，分别为：

α₃＝Rω²(cosα+λcos2α) (3)

式中：λ＝R/L；R为曲柄长度；ω为曲柄等速旋转角速度；α为转角；L为连杆长度；

步骤二：根据使惯性力保持不变的质量静代换法将曲柄的质量M₁用集中于曲柄中心的O点和连杆的末端A点的两个集中质量M_o1、M_A1代替；连杆的质量M₂用集中于连杆的末端A点和连杆的另一末端B点的两个集中质量M_A2、M_B2代替；

步骤三：建立曲柄、连杆、滑块构件产生的惯性力表达式，曲柄定轴旋转只存在沿径向的向心惯性力F_A，滑块作平面运动，故其惯性力为F_B，即：

F_A＝m_ARω² (4)

F_B＝m_BRω²(cosα+λcos2α) (5)

由于往复质量的二阶惯性力是无法平衡的，同时插齿机曲柄连杆滑块机构的主运动中λ值小于0.1，为计算方便暂不考虑，将其忽略，则：

F_B＝m_BRω²(cosα+λcos2α)≈m_BRω²cosα (6)

式中：m_A为对心正置曲柄滑块机构经过质量替换后的A点集中质量；m_B为对心正置曲柄滑块机构经过质量替换后的B点集中质量；

步骤四：通过在曲柄的反方向增加质量块以及增加两个平衡轴实现曲柄连杆滑块机构惯性力的全平衡；

步骤五：通过平衡结构设计，增加偏心轴以及平衡质量块调整机构，实现曲柄不同偏心时均实现自动平衡；

所述步骤二中质量静代换方法具体为：

M_o1＝M₁(R-R_c)/R (7)

M_A1＝M₁R_c/R (8)

M_A2＝M₂L_c/L (9)

M_B2＝M₂(L-L_c)/L (10)

式中：R_c为曲柄质心距离中心O的距离；L_c为连杆质量中心到连杆的另一末端B点长度；

此机构经过质量替换后只存在O点、A点和B点三个集中质量m_o、m_A和m_B，即：

m_o＝M_o1＝M₁(R-R_c)/R (11)

m_A＝M_A1+M_A2＝M₁R_c/R+M₂L_c/L (12)

m_B＝M₃+M_B2＝M₃+M₂(L-L_c)/L (13)

式中：M₃为滑块的质量；

所述步骤五中调整机构包括曲柄偏心调整机构(9)、平衡轴一偏心调整机构(10)和平衡轴二偏心调整机构(11)；所述曲柄偏心调整机构(9)包括曲柄，曲柄轴上安装有第一齿轮(1)和第二齿轮(3)，所述曲柄上安装有第二传动丝杆(7)，所述第二传动丝杆(7)与偏心调整块(16)构成丝杆传动配合，偏心调整块(16)的两端面加工有齿条结构，所述齿条结构分别与第一传动齿轮(12)和第二传动齿轮(13)构成齿轮齿条传动，所述第一传动齿轮(12)和第一平衡质量块(14)上的齿条构成齿轮传动，所述第二传动齿轮(13)和第二平衡质量块(15)上的齿条构成齿轮传动；所述平衡轴一偏心调整机构(10)和平衡轴二偏心调整机构(11)上分别安装有第一传动丝杆(6)和第三传动丝杆(8)，所述第一传动丝杆(6)和第三传动丝杆(8)上都分别通过丝杆传动配合安装有平衡质量块(17)。

2.根据权利要求1所述的高速插齿机主运动惯性力自动全平衡设计方法，其特征在于，所述步骤四中具体步骤为：

(1)在曲柄反方向距离曲柄中心为R的位置增加一个质量为m_AA的质量块，使m_AA＝m_A，则：

F_AA＝-m_AARω² (14)

由于F_AA和F_A大小相等，方向相反，所以F_A被完全平衡；

(2)在曲柄的同一平面内增加两个平衡轴，两个平衡轴与曲柄旋转速度相等，旋转方向相反，在两个平衡轴上且在曲柄的中心平面内增加两个质量块m_BB，质量块相对轴中心的距离为R，则两个质量块在F_B方向上产生的惯性力为：

F_BB＝-m_BBRω²cosα (15)

为了平衡F_B方向上的惯性力，F_B＝-2F_BB，则：

m_BRω²cosα＝2m_BBRω²cosα (16)

式中：m_A为对心正置曲柄滑块机构经过质量替换后的A点集中质量；m_B为对心正置曲柄滑块机构经过质量替换后的B点集中质量；

由于两个平衡轴上增加的两个质量块旋转方向相反，两个质量块在A方向上的惯性力相互抵消，所以只需在平衡轴上增加两个m_BB＝0.5m_B的质量块就可以完全平衡掉F_B，由此，曲柄连杆滑块机构在F_A、F_B两个方向的惯性力均被平衡掉，实现了惯性力全平衡。